一種電觸頭的焊接方法
【技術(shù)領(lǐng)域】
[0001]本發(fā)明屬于電觸頭焊接技術(shù)領(lǐng)域，具體來說，涉及的是一種電觸頭的焊接方法。
【背景技術(shù)】
[0002]電觸頭組件是各種斷路器的核心部件。電觸頭組件中的電觸點(diǎn)多為具有良好導(dǎo)電、導(dǎo)熱性能的材料。電觸點(diǎn)在使用時，常常要求與導(dǎo)電性能更好的銅(或銅合金)連成整體來應(yīng)用。目前，電觸頭的連接方式有釬焊、整體液相燒結(jié)等。經(jīng)釬焊連接的電觸頭，其界面結(jié)合強(qiáng)度和電導(dǎo)率均小于母材，焊后觸橋(即銅尾端)退火軟化，焊接界面成為電觸頭的薄弱環(huán)節(jié)，在使用中易發(fā)熱，開焊脫落；而經(jīng)釬焊而成的電觸頭，因受釬料層的制約，其電阻會急劇增加，易導(dǎo)致電觸頭在工作時溫度過高而失效。
[0003]中國發(fā)明專利CN200610041964，提供了一種高壓輸變電觸頭的摩擦焊接方法，該專利技術(shù)通過采用摩擦焊接，無需采用釬料，但是由于該技術(shù)靠工件旋轉(zhuǎn)實(shí)現(xiàn)，焊接非圓截面較困難，盤狀工件及薄壁管件因不易夾持也很難焊接，適用范圍有限，另外，該技術(shù)所用的摩擦焊機(jī)一次性投資費(fèi)很大，僅適用于大批量生產(chǎn)。

【發(fā)明內(nèi)容】

[0004]本發(fā)明的目的在于針對上述現(xiàn)有技術(shù)存在的不足和缺陷，提供一種電觸頭的焊接方法，充分考慮了電觸頭焊接過程中多目標(biāo)因素的影響，解決現(xiàn)有技術(shù)非圓截面難以焊接、焊后易開焊脫落、焊后電阻急劇增加的問題。
[0005]為了實(shí)現(xiàn)上述目的，本發(fā)明采用的技術(shù)方案是:
[0006]一種電觸頭的焊接方法，包括如下步驟:
[0007]第一步，制備具有材料成分梯度的電觸點(diǎn)，緊靠工作面的是銀基電接觸工作層，緊靠焊接面的是紫銅過渡層；
[0008]第二步，在電觸頭的觸橋金屬表面開出多個槽孔；
[0009]第三步，將電觸點(diǎn)置于觸橋下方，再將焊膏填入槽孔底部；
[0010]第四步，在保護(hù)氣氛下采用激光束熔化焊膏，將電觸點(diǎn)和觸橋緊密連接起來。
[0011]優(yōu)選的，所述制備出具有材料成分梯度的電觸點(diǎn)，是指采用粉末冶金等方法制備具有雙層材料成分梯度的電觸點(diǎn)，即:緊靠工作面的材料是銀基電接觸材料層(Ag/Sn02等)、緊靠焊接面的材料是紫銅材料層。所述紫銅材料層厚度優(yōu)選0.2?2.0mm。
[0012]優(yōu)選的，所述在電觸頭的觸橋金屬表面開出多個槽孔，是指采用水切割方式等方法在電觸頭接觸面處對觸橋進(jìn)行開槽加工，槽口寬度0.5?2mm，開槽軌跡為連續(xù)柵格型、螺旋型、連續(xù)‘U’型、連續(xù)近方型、‘S’型、‘V’型、‘M’型、或‘Z’型等形狀，然后清理槽孔中殘留物。
[0013]更優(yōu)選的，用銑刀對經(jīng)第二步加工的槽孔的槽口進(jìn)行掃錐度加工，此步驟可使得熔焊的焊膏在毛細(xì)作用下深入槽孔的兩側(cè)，達(dá)到電觸點(diǎn)與觸橋之間無空氣間隙的目的，槽孔的槽口邊緣銑出的深度為0.1?0.8_，并將合成好的電觸點(diǎn)置于銅觸橋下方。
[0014]優(yōu)選的，所述將焊膏填入槽孔底部，是指:在開槽部位填充焊膏，焊膏中的金屬粉體可以是紫銅粉末，也可以是合金焊粉，其余成分是有機(jī)載體和釬劑。焊膏沿開槽軌跡在電觸點(diǎn)和觸橋組件的空槽底部填入，填入的焊膏厚度為0.5?3_。
[0015]優(yōu)選的，當(dāng)觸橋材料為紫銅時，焊膏的配比:焊膏中紫銅的質(zhì)量百分含量為60?95% (更優(yōu)選范圍為70?85% )，乙醇、丙三醇等有機(jī)載體的質(zhì)量百分含量為5?35%，釬劑的為O?5%;觸橋材料為銅合金時，焊膏的配比:焊膏中銅合金的質(zhì)量百分含量為65?95% (更優(yōu)選范圍為70?85% )，而乙醇、丙三醇等有機(jī)載體的質(zhì)量百分含量為5?30%，釬劑的為O?5%。該焊膏可有效提高復(fù)合粉體對激光的吸收率。
[0016]優(yōu)選的，所述在保護(hù)氣氛下采用激光束熔化焊膏，是指:在保護(hù)氣氛下，從槽孔打入激光束，利用此激光束沿開槽軌跡熔焊槽孔底部的焊膏，實(shí)現(xiàn)電觸點(diǎn)與觸橋的緊密連接。所述激光束是指激光的能量聚集在0.1?0.3mm的一個點(diǎn)上。
[0017]與現(xiàn)有技術(shù)相比，本發(fā)明具有的有益效果:①本發(fā)明電觸頭的焊接無需釬料層，其電觸頭的激光熔焊部分為致密冶金結(jié)合，可獲得比其它方法結(jié)合強(qiáng)度更好、電性能更優(yōu)良的電觸頭，不會出現(xiàn)開焊脫落。②在工藝上節(jié)省了貴金屬材料的消耗，具有顯著的經(jīng)濟(jì)效益。
【附圖說明】
[0018]圖1為本發(fā)明一實(shí)施例激光熔焊CJ20-250型電觸頭槽孔底部的示意圖；
[0019]圖2為本發(fā)明一實(shí)施例激光熔焊CJ20-250型電觸頭槽孔剖面示意圖，其中I表示激光，2表示觸橋，3表示焊膏，4表示電觸點(diǎn)；
[0020]圖3為本發(fā)明一實(shí)施例銑刀加工槽孔時，槽孔的槽口邊緣銑出的深度的示意圖；
[0021]圖4為本發(fā)明一實(shí)施例工作電流為250A的條件下電觸頭中焊接面等溫線圖；
[0022]圖5為本發(fā)明一實(shí)施例激光熔焊CJ40-315-500型電觸頭槽孔底部的示意圖；
[0023]圖6為本發(fā)明一實(shí)施例工作電流為315A的條件下電觸頭中焊接面等溫線圖；其中(a)為激光熔焊法，(b)為常規(guī)釬焊方法；
[0024]圖7為本發(fā)明一實(shí)施例激光熔焊CJX2-6511型電觸頭槽孔底部的示意圖；
[0025]圖8為本發(fā)明一實(shí)施例工作電流為65A的條件下電觸頭中焊接面等溫線圖，其中(a)為激光熔焊法，(b)為常規(guī)釬焊方法。
【具體實(shí)施方式】
[0026]下面對本發(fā)明的實(shí)施例作詳細(xì)說明，以下實(shí)施例給出了詳細(xì)的實(shí)施方式和具體的操作過程，但本發(fā)明的保護(hù)范圍不限于下述的實(shí)施例。
[0027]實(shí)施例1:采用本發(fā)明所述方法對CJ20-250型電觸頭進(jìn)行加工，包括以下步驟:
[0028]步驟1，采用粉末冶金法制備包含雙層材料的電觸點(diǎn)，緊靠工作面的材料是Ag/Sn02銀基電接觸材料層，緊靠焊接面的是0.4mm紫銅材料層，見圖1。當(dāng)然，在其他實(shí)施例中也可以采用其他現(xiàn)有方法來制備包含雙層材料的電觸點(diǎn)。
[0029]步驟2，采用水切割方式在CJ20-250型電觸頭的觸橋上開出寬Imm的連續(xù)柵格槽孔，見圖1，圖2。當(dāng)然，在其他實(shí)施例中也可以采用其他現(xiàn)有方法來開槽孔。
[0030]步驟3，用銑刀對經(jīng)步驟2加工的槽口進(jìn)行掃錐度加工，槽孔的槽口邊緣銑出的深度為0.3mm，見圖3，并將合成好的電觸點(diǎn)置于銅觸橋下方。
[0031]步驟4，選用紫銅粉末作為填充主材料，然后將紫銅粉末與丙三醇、釬劑QJ102按常規(guī)方法均勻混合制成焊膏(焊膏的配比:紫銅的質(zhì)量百分含量為84.0%，丙三醇的質(zhì)量百分含量為13.7%，釬劑QJ102的質(zhì)量百分含量為2.3% )，該焊膏可有效提高復(fù)合粉體對激光的吸收率，接著沿開槽軌跡在電觸點(diǎn)和觸橋組件的空槽底部填入，焊膏厚度為2_。
[0032]步驟5，在保護(hù)氣氛下，從槽孔打入激光束，利用此激光束沿著開槽軌跡熔焊槽孔底部的焊膏，實(shí)現(xiàn)電觸點(diǎn)與觸橋的緊密連接，該激光束指激光的能量聚集在0.1mm的一個點(diǎn)上。
[0033]采用有限元方法數(shù)值分析該電觸頭處于250A的工作電流下的溫升情況。從仿真結(jié)果看出，按常規(guī)釬焊而成的CJ20-250型電觸頭穩(wěn)定工作時最高溫度為359.9K，溫升為61.9K，而利用紅外線測溫儀進(jìn)行測試，可得到電觸頭穩(wěn)定工作時的溫升為58.2K，仿真與實(shí)驗(yàn)結(jié)果一致，因此采用有限元方法進(jìn)行電接觸穩(wěn)態(tài)熱分析的方法是可信的。
[0034]經(jīng)計(jì)算，該電觸頭處于工作狀態(tài)下焊接面的溫度場分布情況見圖4，如圖4所示:左半部分為采用本發(fā)明所述方法加工而成的CJ20-250型電觸頭中焊接面等溫線圖，右半部分為采用常規(guī)釬焊方法、添加Ag50CuZn釬料釬焊而成的CJ20-250型電觸頭中焊接面等溫線圖，圖中溫度單位為K。
[0035]與采用常規(guī)釬焊方法、添加Ag50CuZn釬料加工而成的電觸頭在同樣工作環(huán)境下的溫度場分布相似，溫度值差異為1.1%，說明本發(fā)明所述焊接方法不會造成電導(dǎo)率的急劇降低。機(jī)械加工成產(chǎn)品待用。
[0036]實(shí)施例2:采用本發(fā)明所述方法對CJ40-315-500型電觸頭進(jìn)行加工，包括以下步驟:
[0037]步驟1，采用粉末冶金法制備包含兩層材料的電觸點(diǎn)，緊靠工作面的材料是Ag/Zn02銀基電接觸材料層、緊靠焊接面的材料是0.6mm紫銅材料層，見圖5。
[0038]步驟2，采用水切割方式在CJ40-315-500型電觸頭的觸橋上開出0.4mm寬的